KR20110058784A - 결함 검사 시스템 및 결함 검사 방법 - Google Patents

결함 검사 시스템 및 결함 검사 방법 Download PDF

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마사시 야꾸
고따로 고다마
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아사히 가라스 가부시키가이샤
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Abstract

제1 선 형상 광원으로부터 투광하여 판 형상체를 통과한 투과광을 제1 카메라로 명시야 화상을 촬영할 때, 제1 카메라의 투과광의 광로 중의 제1 카메라의 전방면의 위치에 나이프 에지 형상의 광로 차폐 부재를 설치한다. 촬영된 명시야 화상 중에서, 명시야 화상의 배경 성분의 신호값에 비하여 높은 신호값을 임계값으로 하여, 명시야 화상 중에서 명부 영역을 탐색하고, 탐색의 결과, 명부 영역을 추출했을 때, 이 명부 영역을 사용하여, 판 형상체에 결함 영역이 존재하는지의 여부를 판별한다.

Description

결함 검사 시스템 및 결함 검사 방법 {DEFECT INSPECTING SYSTEM, AND DEFECT INSPECTING METHOD}
본 발명은 투명성을 갖는 유리판 등의 판 형상체에 존재하는 결함을 검출하는 결함 검사 시스템 및 결함 검사 방법에 관한 것이다.
오늘날, 유리판은, 플랫 패널 디스플레이 등의 전자 기기에 사용되는 점에서, 판 두께가 얇고, 기포 등의 결함이 매우 적거나 혹은 전혀 존재하지 않는 유리판이 강하게 요구되고 있다.
유리판에 포함되는 기포나 표면의 흠집 등의 결함은 저감시키는 것이 가능하지만, 반드시 완전히 제거할 수 있는 것은 아니기 때문에, 검사 공정에서 기포 등이 존재하는 유리판의 부분은 제거하거나 하는 처치가 필요하다. 이로 인해, 종래부터 제조된 유리판 등의 투명성을 갖는 판 형상체에 존재하는 기포 등의 결함을 검사하는 장치가 다양하게 제안되고 있다.
예를 들어, 도 6에 도시한 바와 같이, 반송되는 유리판(G)의 한쪽의 측에, 유리판(G)의 폭보다 긴 선 형상 광원(52)을 설치하여 유리판(G)에 소정의 광강도로 투광하여, 유리판(G)을 투과한 투과광의 명시야(明視野) 화상을, 다른 쪽의 측에 설치한 라인 센서 유형의 카메라(54)로 촬영하고, 이 화상을 처리 유닛(56)에 보낸다. 처리 유닛(56)에 의해, 명시야 화상에 포함되는 암부(暗部)로 된 영역을 추출하여 결함 영역으로서 추출한다. 이때, 유리판(G)에 투광하는 선 형상 광원(52)은, 라인 센서 유형의 카메라(54)로 촬영하기 때문에, 유리판(G)의 폭 방향으로 연장되는 가늘고 긴 슬릿을 사용하여 대략 평행광으로 한다. 이에 의해, 반송되는 유리판(G)의 결함을 검출할 수 있다.
한편, 하기 특허문헌 1에는, 투명 판 형상체에 있어서의 결점을 검출하기 위한 결함 검출 방법이 제안되어 있다. 당해 검출 방법에서는, 판 형상체의 면에 대하여 수직에 가까운 각도로 조명하는 조명기와, 평행에 가까운 각도로 조명하는 조명기를 설치하고, 이들 조명기를 사용하여 얻어지는 화상의 화상 처리를 행함으로써, 판 형상체의 표면 및 내부에 존재하는 결함을 검출할 수 있다고 되어 있다.
일본 특허 공개 제2002-214158호 공보
상기 특허문헌 1에 기재된 결함 검출 방법이나 상술한 도 6에 도시한 방법에서는, 유리판의 면에 존재하는 결함과 내부에 존재하는 결함을 구별할 수 없다. 또한, 특허문헌 1과 같이 2개의 조명기를 사용하여 조명 방법을 바꾸어 촬영하는 것으로는, 일정 속도로 반송되는 유리판으로부터, 온라인으로 결함을 검출할 수는 없다. 이로 인해, 유리판의 제조 라인 상에서 상기 결함 검출 방법을 실시할 수는 없다는 문제가 있다.
따라서, 본 발명은, 상기 문제점을 해결하기 위해, 유리판 등의 투명성을 갖는 판 형상체의 제조 라인 등에서 유효하게 사용할 수 있는 결함 검사 시스템, 결함 검사 방법이며, 판 형상체에 존재하는 결함인지의 여부를 효율적으로 판별하여 검출할 수 있는 결함 검사 시스템 및 결함 검사 방법을 제공함과 함께, 이 검사 방법을 사용한 판 형상체의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은, 투명성을 갖는 판 형상체에 존재하는 결함을 검출하는 결함 검사 시스템이며, 상기 판 형상체의 면에 투광하는 제1 선 형상 광원과, 상기 판 형상체를 통과한 투과광을 집광하여 명시야 화상을 촬영하는 제1 카메라와, 상기 제1 카메라의 투과광의 광로 중의 상기 제1 카메라의 전방면의 위치에 설치되는 나이프 에지 형상의 광로 차폐 부재를 갖는 제1 결함 검사 장치와, 상기 제1 카메라로 촬영된 명시야 화상 중에서, 명시야 화상의 배경 성분의 신호값에 비하여 높은 신호값을 임계값으로 하여, 명시야 화상 중에서 명부(明部) 영역을 탐색하고, 탐색의 결과, 명부 영역을 추출했을 때, 이 명부 영역을 사용하여, 상기 판 형상체에 결함 영역이 존재하는지의 여부를 판별하는 처리 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 결함 검사 시스템을 제공한다.
그 때, 상기 제1 광원은 선 형상 광원이며, 상기 제1 카메라의 수광면의 전방면에는, 판 형상체의 상을 결상하기 위한 결상 렌즈가 설치되고, 상기 제1 광원으로부터, 상기 결상 렌즈를 통하여 상기 제1 카메라의 수광면에 이르는 상기 제1 광원의 투과광의 광속의 확대각의 절반의 각도를 조명 발광 유효각으로 하고, 상기 제1 카메라의 수광면의 위치로부터 상기 결상 렌즈를 통하여 상기 제1 광원의 조사면에 이르는 시야 범위의 전망각의 절반의 각도를 화각으로 하고, 상기 제1 광원의 발광 지향성을 나타내는 값을 α로 했을 때, 상기 조명 발광 유효각에 대한 상기 화각의 비율에 상기 제1 광원의 발광 지향성을 나타내는 값 α를 곱한 값이 2보다 큰 제1 조건과, 상기 광로 차폐 부재의 상기 투과광의 통과 위치에 있어서, 상기 결상 렌즈의 광축에 직교하는 면에 생기는 상기 수광면에서 본 시야 범위인 착란원을 정했을 때, 상기 광로 차폐 부재에 의해 상기 착란원이 차단되는 부분의 면적이, 상기 착란원의 면적의 43 내지 57%로 되는 제2 조건을 만족하도록, 상기 제1 광원, 상기 결상 렌즈 및 상기 제1 카메라가 설정되어 있는 것이 바람직하다. 예를 들어, 상기 제1 조건 및 상기 제2 조건을 만족하도록, 상기 제1 카메라의 조리개값, 상기 제1 카메라와 판 형상체 사이의 거리, 판 형상체와 상기 제1 광원 사이의 거리, 상기 제1 광원의 발광폭이 정해진다.
특히, 제1 카메라의 수광 소자가, 판 형상체를 사이에 두고, 제1 광원에 정면으로 마주 대하도록 제1 카메라를 배치하는 것이 바람직하다. 여기서 정면으로 마주 대하도록 배치한다는 것은, 상기 제1 카메라의 수광 소자가, 유리판(G)을 사이에 두고, 제1 광원의 최대 광강도의 방향에 위치하도록 배치하는 것을 의미한다.
또한, 상기 제1 결함 검사 장치 외에, 상기 제1 결함 검사 장치의 검사 대상으로 하는 판 형상체에 대하여, 판 형상체로부터 반사된 조명광을 수광하여 결함을 검사하는 제2 결함 검사 장치를 갖고, 상기 제2 결함 검사 장치는, 판 형상체의 면에 조명광을 조사하는 제2 광원과, 조사되어 판 형상체의 면으로부터 출사한 반사광을 집광하여, 명시야 반사 화상을 촬영하는, 판 형상체로부터 보아 상기 제2 광원과 동일측에 설치되는 제2 카메라를 갖고, 상기 처리 장치는, 상기 제2 카메라로 촬영된 명시야 반사 화상으로부터, 판 형상체에 의해 반사된 화상 중의 암부 영역을 추출하고, 이 암부 영역이 상기 명부 영역과 근접하여 마주 대하는 경우, 판 형상체에 결함이 존재한다고 판별하는 것이 바람직하다.
그 때, 상기 처리 장치는, 판 형상체에 의해 반사된 화상 중의 상기 암부 영역과, 판 형상체의 다른 쪽의 면에 의해 반사된 화상 중의 암부의 위치 어긋남에 기초하여, 판 형상체의 두께 방향의, 결함의 위치 정보를 구하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 판 형상체는 일 방향으로 반송되어 이동하고, 상기 제1 결함 검사 장치와 상기 제2 결함 검사 장치는, 상기 제1 결함 검사 장치가 상기 제2 결함 검사 장치의 상류측에 설치되어 있는 것이 바람직하다. 그러나, 상기 제1 결함 검사 장치가 상기 제2 결함 검사 장치의 하류측에 설치되어 있어도 좋다.
여기서, 상기 제1 결함 검사 장치와 상기 제2 결함 검사 장치는, 반송 방향에 있어서 인접하도록 하여 설치되는 것이 바람직하다. 상기 제1 결함 검사 장치와 상기 제2 결함 검사 장치의 거리가 짧은 쪽이, 긴 경우에 비하여, 결함의 검출과 특정을 보다 짧은 시간 내에 처리할 수 있게 되기 때문이다.
또한, 본 발명은, 투명성을 갖는 판 형상체에 존재하는 결함을 검출하는 결함 검사 방법이며, 제1 선 형상 광원으로부터 상기 판 형상체의 면에 투광하여, 상기 판 형상체를 통과한 투과광을 집광하여 제1 카메라로 명시야 화상을 촬영할 때, 상기 제1 카메라의 투과광의 광로 중의 상기 제1 카메라의 전방면의 위치에 나이프 에지 형상의 광로 차폐 부재를 설치하여 촬영하고, 상기 제1 카메라로 촬영된 명시야 화상 중에서, 명시야 화상의 배경 성분의 신호값에 비하여 높은 신호값을 임계값으로 하여, 명시야 화상 중에서 명부 영역을 탐색하고, 탐색의 결과, 명부 영역을 추출했을 때, 이 굴절 이상이 초래하는 명부 영역을 사용하여, 상기 판 형상체에 결함 영역이 존재하는지의 여부를 판별하는 것을 특징으로 하는 결함 검사 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은, 판 형상체의 두께에 제한을 받는 것은 특별히 없는데, 예를 들어 플랫 패널 디스플레이(FPD)에 있어서는, 박판 유형을 포함하는 액정 디스플레이(LCD) 용도이며, 두께가 0.1 내지 0.7mm인 것이나, 플라즈마 디스플레이 패널(PDP) 등에 있어서는, 두께가 1mm 이상인 것, 예를 들어 두께가 1.8mm인 것이나, 두께가 2.8mm인 것, 나아가 건축재 용도의 판유리 및 판 형상체의 중간 형태를 취하는 투명한 물품의 제조에 적용할 수 있다.
본 발명의 결함 검사 시스템 및 결함 검사 방법에서는, 제1 카메라의 투과광의 광로 중의 제1 카메라의 전방면의 위치에 나이프 에지 형상의 광로 차폐 부재를 설치하고, 제1 카메라로 촬영된 명시야 화상 중에서, 명시야 화상의 배경 성분의 신호값에 비하여 높은 신호값을 임계값으로 하여, 명시야 화상 중에서 명부 영역을 추출하고, 이 추출한 명부 영역을, 판 형상체에 존재하는 결함 영역의 검출에 사용함으로써, 판 형상체에 존재하는 결함인지의 여부를 효율적으로 판별하여 검출할 수 있다.
특히, 조명 발광 유효각에 대한 화각의 비율에 제1 광원의 발광 지향성을 나타내는 값 α(0 이상 1 이하의 수치)를 곱한 값이, 2보다 큰 제1 조건과, 광로 차폐 부재에 의해 상기 착란원이 차단되는 부분의 면적이 상기 착란원의 면적의 43 내지 57%로 되도록 설정되는 제2 조건을 만족하도록 제1 카메라의 광학계를 설정함으로써 명시야 화상에 상기 명부를 유효하게 발생시킬 수 있다. 특히, 계측에 사용하는 제1 광원과 제1 카메라가, 유리판(G)을 사이에 두고 정면으로 마주 대하도록 설치함으로써, 더 효과적으로 결함 검사를 행할 수 있다.
또한, 판 형상체의 면에 조명광을 조사하는 상기 제2 광원과, 조사되어 판 형상체의 면에 의해 반사되어 얻어지는 반사광을 집광하여, 명시야 반사 화상을 촬영하는, 판 형상체로부터 보아 상기 제2 광원과 동일측에 설치되는 상기 제2 카메라를 갖고, 상기 처리 장치는, 상기 제2 카메라로 촬영된 명시야 반사 화상으로부터, 판 형상체의 면에 의해 반사된 화상 중의 암부 영역을 추출하고, 이 암부 영역이 상기 명부 영역과 근접하여 마주 대하는 경우, 결함의 실상과 결함의 거울상의 위치 어긋남에 기초하여, 판 형상체에 위치하는 결함의 두께 방향의 위치 정보를 구할 수 있다.
도 1은 본 발명의 결함 검사 시스템 및 결함 검사 방법의 일 실시 형태의 개략의 구성을 설명하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 결함 검사 시스템에 있어서의 조명 발광 유효각(θ)과 화각(φ)을 설명하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 결함 검사 시스템에 사용하는 α를 설명하는 도면이다.
도 4a는 본 발명의 제1 결함 검사 장치에 의해 얻어지는 화상의 일례를 모식적으로 도시하는 도면이다.
도 4b는 통상의 투과광에 의한 명시야 화상에 의해 얻어지는 화상의 일례를 모식적으로 도시하는 도면이다.
도 5a는 도 1에 도시한 결함 검사 시스템의 제1 결함 검사 장치에 있어서 명부를 생성하기 위한 바람직한 범위를 설명하는 도면이다.
도 5b는 도 1에 도시한 결함 검사 시스템의 제1 결함 검사 장치에 있어서 명부를 생성하기 위한 바람직한 범위를 설명하는 도면이다.
도 6은 종래의 결함 검사 장치의 개략의 구성을 설명하는 도면이다.
이하, 본 발명의 결함 검사 시스템 및 결함 검사 방법에 대해서, 첨부된 도면에 도시되는 적합한 실시예를 기초로 상세하게 설명한다.
도 1에 도시된 결함 검사 시스템(10)은, 제1 결함 검사 장치(12)와, 제2 결함 검사 장치(14)와, 처리 장치(16)를 갖는 것으로 구성되어 있다.
제1 결함 검사 장치(12)와 제2 결함 검사 장치(14)는, 유리판(G)의 반송 경로를 따라 상류측부터 이 순서대로 설치된다. 처리 장치(16)는, 제1 결함 검사 장치(12)와 제2 결함 검사 장치(14)에 의해 얻어진 화상을 처리하여, 결함 검출을 행하는 장치이다.
유리판(G)은, 용융로로부터 취출되어 소정의 두께로 된 긴 형상의 판재이며, 반송 경로에 설치된 복수의 구동 롤러(18) 상에서 반송된다.
제1 결함 검사 장치(12)는, 결함 검사 시스템(10)의 반송측 최상류에 위치하고, 유리판(G)의 결함을 검사하는 장치이다.
구체적으로는, 제1 결함 검사 장치(12)는, 유리판(G)의 면에, 구동 롤러(18)의 측(하측)으로부터 투광하는 제1 선 형상 광원(20)과, 유리판(G)을 통과한 투과광을 집광하여 명시야 화상을 촬영하는 제1 카메라(22)와, 제1 선 형상 광원(20)의 투과광의 광로 중의 제1 카메라(22)의 전방면의 위치에 설치되는 나이프 에지 형상의 광로 차폐 부재(24)를 갖는다.
제1 선 형상 광원(20)은 대략 평행광을 출사하는 LED 광원이며, 제1 선 형상 광원(20)의 출사구는 유리판(G)의 폭 방향(도 1 중의 지면 수직 방향)을 따라 선 형상으로 연장되어 있다. 제1 선 형상 광원(20)의 출사구는 유리판(G)의 면으로부터, 예를 들어 100 내지 900mm 떨어진 위치에 설치되고, 광원의 반송 방향을 따른 폭(L)(도 2 참조)은, 예를 들어 1 내지 20mm로 설정된다. 또한, 제1 선 형상 광원(20)은, 유리판(G)의 면으로부터 떨어져 설치되어 있는 것이, 높은 위치 정밀도를 필요로 하지 않는 점에서 바람직하다. LED 광원에 있어서의 광의 종류는 특별히 제한되지 않고, 백색이 적절하게 사용되지만, 적색, 청색, 녹색 등이어도 좋다. LED 광원은, 구체적으로는, 발광하는 발광원(도시하지 않음)과, 발광된 광을 대략 평행광으로 하는 프레넬 렌즈(도시하지 않음)와, 광강도를 대략 균일하게 하는 확산판(도시하지 않음)과, 광의 출사를 조이는 슬릿판(도시하지 않음)을 갖는다. 이에 의해, 제1 선 형상 광원(20)은 대략 균일한 광강도를 갖는 대략 평행광을 발한다. 또한, 상술한 바와 같이 프레넬 렌즈, 확산판 및 슬릿판을 사용해도, 반드시 광강도를 균일하게 하면서, 또한 광을 평행광으로 할 수는 없으며, 광강도는 지향 특성을 가져, 광은 넓어진다. 이때의 광강도의 지향 특성을 고려하여, 지향 특성을 나타내는 값을 α로 한다.
제1 카메라(22)는, 제1 선 형상 광원(20)과 유리판(G)을 사이에 두고 마주 대하는 위치에 설치되고, 유리판(G)을 투과한 투과광을 직접 수광면에서 판독하는 라인 센서형 카메라이다. 제1 카메라(22)는, 도 1 중의 지면에 수직 방향으로 복수대 설치되고, 반송 방향의 동일 위치를 촬영하고, 게다가 복수대의 카메라는, 유리판(G)의 폭 방향에 있어서의 시야 범위가 서로 부분적으로 겹치도록 설정되어, 유리판(G)의 검사 부분에 있어서, 비검사 영역이 없도록 배치되어 있다.
제1 카메라(22)는, 유리판(G)의 면으로부터 제1 카메라(22)의 결상 렌즈(23)(도 2 참조)의 핀트가 맞는 위치, 예를 들어 200 내지 400mm 떨어진 위치에 수광면이 이르도록 설치된다. 제1 카메라(22)에는, 결상 렌즈(23)를 구비하는 광학계 및 도시되지 않았지만 개구를 조정하는 조리개를 갖는다. 제1 카메라(22)에 의해 얻어진 화상 데이터는, 라인 형상으로 판독될 때마다 순서대로 처리 장치(16)에 보내어진다.
광로 차폐 부재(24)는, 유리판(G)으로부터의 투과광의 광로 중의, 제1 카메라(22)의 전방면의 위치에서, 광로의 일부를 차단하는 나이프 에지 형상의 부재이다. 광로 중의 선단 부분은, 날을 이루도록 첨예화되어 있다. 광로 차폐 부재(24)는 제1 카메라(22)의 광학계(결상 렌즈(23))의 전방면의 위치, 예를 들어 1 내지 5mm 떨어진 위치에 설치된다. 광로 차폐 부재(24)를 유지하는 부분은, 광로 차폐 부재(24)가 광로 중을 횡단하도록 X 방향으로 이동 가능한 기구가 설치되어 있다. 그 때, 광로 차폐 부재(24)의 투과광의 통과 위치에 있어서, 제1 카메라(22) 중의 결상 렌즈(23)의 광축에 직교하는 면에 생기는, 수광면에서 본 시야 범위를 나타내는 착란원을 정했을 때, 광로 차폐 부재(24)에 의해 착란원이 차단되는 부분의 면적이, 착란원의 면적의 43 내지 57%에 해당하고, 바람직하게는 대략 50%에 해당한다. 43%보다 작은 경우, 명시야 화상에 후술하는 명부가 발생하기 어렵고, 57%를 초과하면 암시야 화상이 되기 쉽다.
이러한 광로를 차단하는 범위는, 예를 들어 광 차폐 부재(24)와 유리판(G) 사이의 거리와, 제1 카메라(22)의 조리개값을 조정함으로써 실현할 수 있다. 광로를 차단하는 범위를 이 범위로 설정함으로써, 후술하는 바와 같이 명시야 화상 내에 존재하는 기포 등의 결함에 의해 형성되는 암부 영역에 근접하여, 명부 영역을 효율적으로 형성시키기 위해서이다.
그 때, 제1 선 형상 광원(20)의 발광 지향성을 나타내는 값을 α로 했을 때, 도 2에 도시하는 조명 발광 유효각(θ)에 대한 화각(φ)의 비율에 값 α를 곱한 값이 2보다 크게 되어 있는 것이 바람직하다. 조명 발광 유효각(θ)이란, 제1 선 형상 광원(20)으로부터 결상 렌즈(23)를 통하여 제1 카메라(22)의 수광 소자의 수광면에 이르는, 제1 선 형상 광원(20)의 투과광의 광속의 확대각의 절반의 각도를 의미한다. 화각(φ)은, 제1 카메라(22)의 수광 소자의 수광면의 위치로부터 결상 렌즈(23)를 통하여(렌즈의 유효 구경(d)을 사용하여) 제1 선 형상 광원(20)의 조사면에 이르는 시야 범위의 전망각의 절반의 각도이다.
여기서, 제1 선 형상 광원(20)의 발광 지향성을 나타내는 값 α란, 도 3에 도시한 바와 같이, 횡축에 광원의 조사면에 직교하는 방향을 방위각 0도로 하여 방위 각도를 취하고, 종축으로 최대 광강도의 값을 1로 했을 때의, 상대 광강도의 평균값을 의미한다.
또한, 제1 카메라(22)의 수광 소자는, 도 2에 도시한 바와 같이 유리판(G)을 사이에 두고, 제1 선 형상 광원(20)과 정면으로 마주 대하도록 제1 카메라(22)가 배치되는 것이 바람직하다. 또한, 도 2 중의 d는, 결상 렌즈(23)의 유효 구경이며, f/F(f는 초점 거리, F는 F값이다)로 나타내어진다. 이와 같이, 본 발명에 있어서 사용하는 조명 발광 유효각(θ) 및 화각(φ)은, 도 2에 도시한 바와 같이 각 장치의 설정이나 배치에 기초하여, 기하학적으로 정해진다.
이러한 제1 결함 검사 장치(12)에 의해, 유리판(G)에 존재하는 미소한 기포 등의 결함을 용이하게 검출할 수 있게 되었다.
제2 결함 검사 장치(14)는, 제2 광원(28)과 제2 카메라(30)를 갖는다. 제2 결함 검사 장치(14)는, 제1 결함 검사 장치의 검사 대상으로서 검사된 유리판(G)에 대하여, 한쪽의 측으로부터 유리판을 조명하고, 이때 유리판(G)의 표면과 이면에 의해 반사된 조명광을 제2 카메라(30)로 수광하여, 결함을 검사하는 장치이다.
상기한 제1 결함 검사 장치(12)에 의한 검출 결과 외에, 이 제2 결함 검사 장치(14)의 검출 결과를 조합하여 종합적으로 평가함으로써, 유리판(G)에 존재하는 결함의 특정을 더욱 적확하게 행할 수 있게 되었다.
제2 광원(28)은, 유리판(G)의 면에 대략 평행광을 출사하는 LED 광원이며, 유리판(G)의 면에 대하여 경사진 방향으로부터 광을 입사시킨다. 제2 광원(28)은 도 1의 지면에 수직 방향으로 연장되어 있다. 제2 광원(28)에 사용되는 LED 광원에 있어서의 광의 종류는 특별히 제한되지 않고, 백색이 적절하게 사용되지만, 적색, 청색, 녹색 등이어도 좋다. LED 광원은, 구체적으로는, 발광하는 발광원(도시하지 않음)과, 발광된 광을 대략 평행광으로 하는 프레넬 렌즈(도시하지 않음)와, 광강도를 대략 균일하게 하는 확산판(도시하지 않음)과, 광의 출사를 조이는 슬릿판(도시하지 않음)을 갖는다. 이에 의해, 제2 선 형상 광원(28)은 대략 균일한 광강도를 갖는 대략 평행광을 발한다.
제2 카메라(30)는, 유리판(G)의 표면으로부터 출사한 반사광을 집광하여, 명시야 반사 화상을 촬영하는 라인 센서형 카메라이다. 제2 카메라(30)는, 유리판(G)으로부터 보아 제2 광원(28)과 동일한 측에 설치되어 있다.
제2 카메라(30)로 촬영되는 화상은, 제2 광원(28)에 의해 조명되어 유리판(G)의 이면에 의해 반사된 화상이며, 유리판(G)에 존재하는 결함의 영역이 암부가 되는 화상이다. 이 화상에는, 유리판(G)의 면에 대하여 경사진 방향으로부터 유리판(G)의 표면에 입사하고, 유리판(G)의 이면에 의해 반사된 후, 이 반사광의 광로를 결함의 영역이 통과함으로써 생기는 결함의 실상과, 유리판(G)의 표면에 대하여 경사진 방향으로부터 유리판(G)의 표면에 입사한 입사광이, 유리판(G) 내의 광로 중에 있는 결함의 영역을 통과한 후, 유리판(G)의 이면에 의해 반사되어 생기는 결함의 거울상이 포함된다. 제2 카메라(30)에 의해 얻어진 화상 데이터는, 라인 형상으로 판독될 때마다 처리 장치(16)에 보내어진다.
처리 장치(16)는, 제1 결함 검사 장치(12) 및 제2 결함 검사 장치(14)로부터 보내어진 화상 데이터를 사용하여, 유리판(G)의 결함을 검출하여 그의 종류를 식별하고, 또한 결함의 유리판(G)의 두께 방향에 있어서의 위치를 특정하는 장치이기도 하다. 처리 장치(16)에는 디스플레이(32)가 접속되고, 디스플레이(32)에는, 제1 결함 검사 장치(12) 및 제2 결함 검사 장치(14)에 의해 얻어진 화상, 결함의 검출 결과, 식별 결과, 혹은 결함의 위치 특정 결과가 화면 표시된다.
제1 결함 검사 장치(12)에 의해 얻어지는 화상은, 상술한 바와 같이, 명시야 화상이며, 유리판(G)의 결함은, 결함 영역의 난반사에 의해, 화상 중에서는 암부가 되어 나타난다. 또한, 상술한 바와 같이, 제1 카메라(22)의 광학계의 직전에는, 광로의 일부분을 차단하는 나이프 에지 형상의 광로 차폐 부재(24)가 설치되어 있음으로써, 이 광로 차폐 부재(24)에 의해, 화상 중의 암부 영역과 근접하여 마주 대하도록 혹은 접하여 대하도록 명부 영역이 형성된다. 이 명부는, 결함의 부분의 굴절 이상에 의해 발생하여, 명시야 화상의 배경 부분에 비하여 명도가 높다.
도 4a는 광로 차폐 부재(24)가 광로 중에 있을 때의 결함 화상의 일례의 모식도이다. 도 4a에 도시한 바와 같이, 암부 영역과 근접하여 마주 대하는 명부가 형성된다. 이에 대해, 도 4b는 광로 차폐 부재(24)가 광로 중에 존재하지 않을(광을 차단하지 않을) 때의 결함 화상의 일례의 모식도이다. 도 4b에 도시한 바와 같이, 암부 영역과 근접하여 마주 대하는 명부는 형성되지 않는다. 명시야 화상 중에 있어서, 도 4a에 도시한 바와 같이, 명부가 암부 영역에 근접하여 마주 대하도록 형성되는 것은, 유리판(G)의 표면이나 내부에 존재하는 기포나 이물질 등에 의해, 유리판(G)의 표면이 요철 형상으로 되어, 유리판(G)의 굴절 이상이 약간 변화하는 것에 의한 것으로 생각된다. 실제로, 유리판(G)의 면에 발생하는 흠집이나 부착된 이물질에서는, 도 4a에 도시한 바와 같은 명부는 형성되지 않는다.
이로 인해, 처리 장치(16)에서는, 명시야 화상에 있어서, 명시야 화상에 있어서의 배경 부분의 화상 데이터의 값보다 높은 임계값을 설정하고, 이 임계값 이상의 영역을 명부 영역으로서 추출한다.
또한, 제1 카메라(22)로부터 보내어져 오는 화상 데이터는, 검사 위치를 통과하여 라인 센서형 카메라로 판독된 1차원의 화상 데이터이므로, 처리 장치(16)에서는, 복수 라인(예를 들어 500라인)의 화상 데이터가 축적되어 일정한 면 영역의 화상이 얻어지면, 상기 명부 영역의 추출을 개시한다. 이 추출한 명부 영역의 위치 정보는, 유리판(G)에 존재하는 결함 영역의 검출 시에, 이하와 같이 하여 사용된다.
제2 결함 검사 장치(14)에 의해 얻어져 처리 장치(16)에 보내어진 화상 데이터는, 명시야 반사 화상의 데이터이며, 결함의 부분이 암부 영역이 되는 화상이다. 상술한 바와 같이, 결함의 실상과 거울상이 암부로 되어 나타난다. 유리판(G)의 결함이 존재하는 유리판(G)의 두께 방향의 위치에 따라, 결함의 실상과 거울상에 위치 어긋남이 발생한다. 예를 들어, 유리판(G)의 이면 가까이에 결함이 위치하는 경우, 실상과 거울상의 위치 어긋남량은 작아지고, 표면 가까이에 결함이 위치하는 경우, 실상과 거울상의 위치 어긋남량은 커진다.
따라서, 처리 장치(16)는, 상기 추출된 명부 영역의 정보를 사용하여, 결함의 유리판(G)의 폭 방향의 위치를 특정한다. 또한, 이 폭 방향의 위치를 사용하여, 제1 결함 검사 장치(12)에 의해 얻어지는 화상과 제2 결함 검사 장치(14)에 의해 얻어지는 화상 사이의, 유리판(G)의 동일 개소의 화상이 나타나는 시간 어긋남량에 기초하여, 제2 카메라(30)에 의해 얻어진 결함의 실상 및 거울상의 암부 영역을 검출한다. 상기 시간 어긋남량은, 제1 결함 검사 장치(12)의 계측 위치와 제2 결함 검사 장치(14)의 계측 위치의 반송 방향의 이격 거리와 유리판(G)의 반송 속도를 이미 알고 있으므로, 이들 정보로부터 구할 수 있다.
암부 영역의 추출에는, 미리 설정된 임계값을 사용하여 행해진다.
이어서, 이 실상의 중심 위치와 거울상의 중심 위치의 위치 어긋남량을 구하고, 이 위치 어긋남량에 기초하여 결함의 유리판(G)에 있어서의 두께 방향의 위치를 산출한다.
또한, 처리 장치(16)는, 제2 카메라(30)에 의해 얻어진 결함의 실상을 사용하여 암부 영역의 크기를 구하고, 이 영역의 크기로부터 결함의 크기를 추정한다. 또한, 처리 장치(16)는, 상기 명부 영역의 정보에 기초하는 처리와 독립하여, 상기 명부 영역의 정보를 이용하지 않고, 미리 설정된 임계값을 사용하여 암부 영역을 추출한다.
처리 장치(16)는, 추출한 암부 영역과 명부 영역의 정보를 사용하여, 명부 영역과 암부 영역이 근접하여 마주 대하는지의 여부와, 산출된 유리판(G)에 존재하는 결함의 두께 방향의 위치와, 추출한 암부 영역으로부터 구해지는 결함의 크기나 결함의 특징량을 사용하여, 결함의 종류를 특정한다. 바람직하게는, 결함의 형상을, 명시야 투과 화상 중의 명부 및 암부 영역과 명시야 반사 화상 중의 암부 영역으로부터 식별함으로써, 결함의 종류, 예를 들어 기포에 의한 결함, 이물질에 의한 결함, 혹은 흠집 등으로 나누어 추정한다.
유리판(G)의 면 상에 있는 이물질이나 흠집 등의 결함은, 제1 결함 검사 장치(12)로부터 얻어지는 명시야 화상 중에서는 명부를 형성하지 않는다.
또한, 제1 결함 검사 장치(12)에 있어서, 명시야 화상 중의, 결함의 암부 영역과 근접하여 마주 대하는 명부가 효과적으로 출현하기 위해서는, 이하의 조건을 만족하는 것이 바람직하다.
즉, 도 2에 도시하는 각 부분의 배치에 있어서, 조명 발광 유효각(θ)에 대한 화각(φ)의 비율에 값 α를 곱한 값이 2보다 큰 제1 조건을 만족하도록, 제1 카메라(22)와 유리판(G) 사이의 거리, 유리판(G)과 제1 선 형상 광원(20) 사이의 거리, 제1 선 형상 광원의 조사폭(L)이 설정되어 있다.
또한, 광로 차폐 부재(24)의 배치 위치의, 결상 렌즈(23)의 광축에 직교하는 면에 생기는, 수광면에서 본 시야 범위의 테두리를 정하는 착란원을 정했을 때, 광로 차폐 부재(24)에 의해 착란원이 차단되는 부분의 면적이, 착란원의 면적의 43 내지 57%로 되는 제2 조건을 만족하도록, 제1 카메라(22)의 조리개값 및 제1 카메라(22)와 유리판(G) 사이의 거리가 설정되어 있다.
또한, 제1 카메라(22)의 수광 소자가, 유리판(G)을 사이에 두고, 제1 선 형상 광원(20)의 최대 광강도의 방향에 위치하도록, 제1 카메라(22)가 배치된다.
이 3개의 조건을 만족하도록 각 장치를 배치함으로써, 명시야 화상에 상기 명부를 유효하게 발생시킬 수 있다.
또한, F값을 작게 함으로써, 촬영에 있어서의 피사체 초점 심도는 얕아져, 화상의 핀트 흐려짐이 발생하기 쉬워진다는 문제가 발생한다. 이로 인해, 명부를 효율적으로 추출하기 위해서는, F5.6 내지 F11이 바람직하고, 제1 카메라(22)의 발광 부분(34)의 폭(L1) 내지 20mm의 범위에 있어서, 상기 비율에 값 α를 곱한 값이 2보다 큰 것이 바람직하다.
도 5a 및 도 5b에 도시한 표에서는, 제1 카메라(22)의 발광 부분(34)의 폭(L)이 L=1mm, 3mm, 4mm, 5mm, 7mm에 의해 정해지는 조명 발광 유효각(θ)의 수치와, F값에 의해 정해지는 화각(φ)의 값을 나타내고, 각 표의 대응하는 란에는, φ/θ에 제1 광원(20)의 α의 값을 포함하여 곱한 값을 나타내고 있다. 도 5a 및 도 5b에 도시한 표 중의 굵은 프레임으로 둘러싸이는 범위에 있어서, 값 α가 대략 1일 때, 도 4a에 도시한 α·φ/θ의 값이 2보다 큰 조건에서, 명부가 효과적으로 출현하는 것을 확인할 수 있었다. 이것으로부터, 제1 선 형상 광원(20)의 값 α가 1보다 작을(발광 지향성을 고려했을) 때, α·φ/θ가 2보다 큰 조건에서, 명부가 효과적으로 출현한다고 할 수 있다.
또한, 유리판(G)과 제1 카메라(22)의 결상 렌즈(23)의 표면까지의 거리를 380mm로 했다. 제1 선 형상 광원(20)의 조사면으로부터 유리판(G)의 계측 위치까지의 조명(WD)은, 도 5a에서는 200mm, 도 5b에서는 400mm이다. 이때의 광로 차폐 부재(24)에 의해 착란원이 차단되는 부분의 면적이, 착란원의 면적의 50%로 되도록 했다.
이러한 결함 검사 시스템(10)에서는, 평행광을 유리판(G)에 경사면으로부터 조사하여, 슐리렌 촬영법과 비슷한 종래의 자동 결함 검사로 보지 못한 결함을, 고정밀도로 추출할 수 있는 것 외에, 수복할 수 없는 유리판(G)의 결함을 구별할 수 있는 점에서 유효하다. 이에 의해, 수복할 수 없는 결함 부분을 피하도록 하여, 소정의 크기로 유리판(G)을 잘라낼 수 있다.
이상, 본 발명의 결함 검사 시스템 및 결함 검사 방법에 대하여 상세하게 설명했지만, 본 발명은 상기 실시 형태나 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 주지를 일탈하지 않는 범위에서 다양한 개량이나 변경을 해도 되는 것은 물론이다.
본 발명을 상세하게 또한 특정한 실시 형태를 참조하여 설명했지만, 본 발명의 정신과 범위를 일탈하지 않고 여러 가지 변경이나 수정을 가할 수 있는 것은 당업자에게 있어서 명확하다. 본 출원은, 2008년 8월 25일 출원의 일본 특허 출원(일본 특허 출원 제2008-215091호)에 기초하는 것이고, 그의 내용은 여기에 참조로 포함된다.
10: 결함 검사 시스템
12: 제1 결함 검사 장치
14: 제2 결함 검사 장치
16: 처리 장치
18: 구동 롤러
20: 제1 선 형상 광원
22: 제1 카메라
23: 결상 렌즈
24: 광로 차폐 부재
28: 제2 광원
30: 제2 카메라
32: 디스플레이
34: 발광 부분

Claims (6)

  1. 투명성을 갖는 판 형상체에 존재하는 결함을 검출하는 결함 검사 시스템이며,
    상기 판 형상체의 면에 투광하는 제1 광원과,
    상기 판 형상체를 통과한 투과광을 집광하여 명시야(明視野) 화상을 촬영하는 제1 카메라와,
    상기 제1 카메라의 투과광의 광로 중의 상기 제1 카메라의 전방면의 위치에 설치되는 나이프 에지 형상의 광로 차폐 부재를 갖는 제1 결함 검사 장치와,
    상기 제1 카메라로 촬영된 명시야 화상 중에서, 명시야 화상의 배경 성분의 신호값에 비하여 높은 신호값을 임계값으로 하여, 명시야 화상 중에서 명부(明部) 영역을 탐색하고, 탐색의 결과, 명부 영역을 추출했을 때, 이 명부 영역을 사용하여, 상기 판 형상체에 결함 영역이 존재하는지의 여부를 판별하는 처리 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 결함 검사 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 광원은 선 형상 광원이며,
    상기 제1 카메라의 수광면의 전방면에는, 판 형상체의 상을 결상하기 위한 결상 렌즈가 설치되고,
    상기 제1 광원으로부터, 상기 결상 렌즈를 통하여 상기 제1 카메라의 수광면에 이르는 상기 제1 광원의 투과광의 광속의 확대각의 절반의 각도를 조명 발광 유효각으로 하고, 상기 제1 카메라의 수광면의 위치로부터 상기 결상 렌즈를 통하여 상기 제1 광원의 조사면에 이르는 시야 범위의 전망각의 절반의 각도를 화각으로 하고, 상기 제1 광원의 발광 지향성을 나타내는 값을 α로 했을 때, 상기 조명 발광 유효각에 대한 상기 화각의 비율에 상기 제1 광원의 발광 지향성을 나타내는 값 α를 곱한 값이 2보다 큰 제1 조건과,
    상기 광로 차폐 부재의 상기 투과광의 통과 위치에 있어서, 상기 결상 렌즈의 광축에 직교하는 면에 생기는 상기 수광면에서 본 시야 범위인 착란원을 정했을 때, 상기 광로 차폐 부재에 의해 상기 착란원이 차단되는 부분의 면적이, 상기 착란원의 면적의 43 내지 57%로 되는 제2 조건을 만족하도록, 상기 제1 광원, 상기 결상 렌즈 및 상기 제1 카메라가 설정되어 있는 결함 검사 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제1 결함 검사 장치 외에, 상기 제1 결함 검사 장치의 검사 대상으로 하는 판 형상체에 대하여, 판 형상체로부터 반사된 조명광을 수광하여 결함을 검사하는 제2 결함 검사 장치를 갖고,
    상기 제2 결함 검사 장치는,
    판 형상체의 면에 조명광을 조사하는 제2 광원과,
    조사되어 판 형상체의 면에 의해 반사하여 얻어지는 반사광을 집광하여, 명시야 반사 화상을 촬영하는, 판 형상체로부터 보아 상기 제2 광원과 동일측에 설치되는 제2 카메라를 갖고,
    상기 처리 장치는, 상기 제2 카메라로 촬영된 명시야 반사 화상으로부터, 판 형상체에 의해 반사된 화상 중의 암부(暗部) 영역을 추출하고, 이 암부 영역이 상기 명부 영역과 근접하여 마주 대하는 경우, 판 형상체에 결함이 존재한다고 판별하는 결함 검사 시스템.
  4. 제3항에 있어서, 상기 처리 장치는, 상기 명시야 반사 화상에 결함의 상으로서 형성되는 결함의 실상과 결함의 거울상의 위치 어긋남에 기초하여, 판 형상체에 위치하는 결함의 두께 방향의 위치 정보를 구하는 결함 검사 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 상기 판 형상체는 일 방향으로 반송되어 이동하고,
    상기 제1 결함 검사 장치와 상기 제2 결함 검사 장치는, 상기 제1 결함 검사 장치가, 상기 제2 결함 검사 장치의 상류측에 설치되어 있는 결함 검사 시스템.
  6. 투명성을 갖는 판 형상체에 존재하는 결함을 검출하는 결함 검사 방법이며,
    제1 선 형상 광원으로부터 상기 판 형상체의 면에 투광하여, 상기 판 형상체를 통과한 투과광을 집광하여 제1 카메라로 명시야 화상을 촬영할 때,
    상기 제1 카메라의 투과광의 광로 중의 상기 제1 카메라의 전방면의 위치에 나이프 에지 형상의 광로 차폐 부재를 설치하여 촬영하고,
    상기 제1 카메라로 촬영된 명시야 화상 중에서, 명시야 화상의 배경 성분의 신호값에 비하여 높은 신호값을 임계값으로 하여, 명시야 화상 중에서 명부 영역을 탐색하고, 탐색의 결과, 명부 영역을 추출했을 때, 이 명부 영역을 사용하여, 상기 판 형상체에 결함 영역이 존재하는지의 여부를 판별하는 것을 특징으로 하는 결함 검사 방법.
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